 |
首页 > 考试 > 物理 > 初中物理 > 物体的浮沉条件及其应用 > 正文 | 返回 打印 |
|
|
首页 > 考试 > 物理 > 初中物理 > 物体的浮沉条件及其应用 > 正文 | 返回 打印 |
|
答案
| 答：方案一：用天平、量筒、烧杯、水、细线，测量液体和小块固体的密度进行比较． 方案二：把固体放入这种液体中，若固体下沉，则固体的密度大于液体的密度；如固体悬浮在液体中，则固体的密度等于液体的密度；若固体漂浮在液体中，则固体的密度小于液体的密度． |
据专家权威分析，试题“今有一种未知液体和一小块未知固体，将液体倒入水中，发现液体沉..”主要考查你对 物体的浮沉条件及其应用，固体密度的测量，液体密度的测量 等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：
物体的浮沉条件及其应用固体密度的测量液体密度的测量
考点名称：物体的浮沉条件及其应用
| 上浮 | 下沉 | 悬浮 | 漂浮 | 沉底 | |
 |
 |
 |
 |
 | |
| F浮>G | F浮<G | F浮=G | F浮=G | F浮+N=G | |
| 实心物体 | ρ液>ρ物 | ρ液<ρ物 | ρ液=ρ物 V排=V物 |
ρ液>ρ物 V排<V物 |
ρ液>ρ物 V排=V物 |
| 处于动态（运动状态不断改变），受非平衡力作用 | 可以停留在液体的任何深度处 | 是“上浮”过程的最终条件 | 是“下沉”过程的最终状态 | ||
| 处于静态，受平衡力 | |||||
| 悬浮 | 漂浮 | ||
| 区别 | 物体在液体中的位置 | 物体可以静止在液体内部任一位置 | 物体静止在液体表面上 |
| 物体实心时，ρ物和ρ液的大小 | ρ物=ρ液 | ρ物<ρ液 | |
| 物体体积V物与物体排开液体体积V排的大小 | V物=V排 | V物>V排 | |
| 相似 | 物体都处于平衡状态，各自所受的浮力与重力式一对平衡力 | ||
利用浮力知识求物体或液体的密度:
1．对于漂浮的物体，浮力等于重力，而浮力F浮= ρ液gV排，重力G物=ρ物gV排，因F浮≈G物，只要知道V排与V物的关系和ρ液(或ρ物)就可求出ρ物(或ρ液)。
例1：将密度为0．6×103kg／m3，体积125cm3的木块放入盐水中，木块有1／2的体积露出盐水面，则木块受到的浮力为____N，盐水的密度____________ kg／m3(g取10N／kg)
解析：木块漂浮，所受浮力等于重力，F=G= Mg=p木Vg=0．6×103kg／m3×0．125×10-3m3× 10N／kg=0．75N，盐水的密度：
=1.2×103kg/m3
2. 若
，物体完全浸没在液体中，根据阿基米德原理
，及称重法
，可求出
，又因为
，此时
，可得
。根据此式，已知ρ液，可求出ρ物，已知ρ物可求出ρ液。
液面升降问题的解法：
1. 组合物体漂浮类型
要看液面是上升还是下降，关键是比较前后两次物体排开液体的体积的变化。设物体原来排开液体的体积为V排，后来排开液体的体积为V‘排，若V’排>V排，则液面上升，若V’排<V排，则液面下降；若V’排=V排，则液面高度不变，又根据阿基米德原理知，物体在液体中所受的浮力
，故
，因为液体的密度ρ液不变，固物体的排开液体的体积取决于物体所受的浮力，所以只要判断出物体前后所受浮力的变化情况，即可判断出液面的升降情况。
例1一个水槽内漂浮着一个放有小铁球的烧杯，若将小铁球取出放入水槽里，烧杯仍漂浮在水槽中，则水面将( )
A．上升 B．不变 C．下降 D．无法判断
解析：铁球和烧杯漂浮在水中，装有铁球的烧杯所受的浮力F浮与烧杯和铁球的总重力平衡，则有：
。把铁球放入水槽中，铁球下沉，铁球单独受到的浮力，
；烧杯单独受到的浮力为
。铁球放入水槽中后，铁球和烧杯所受浮力之和为
F浮2，因此
，烧杯和铁球后来排开水的体积之和小于原来排开的水的体积，所以水面下降，故正确选项为C。
2．纯冰熔化类型：
此类题的规律技巧：若冰块漂浮于水中，则冰熔化后液面不变；若冰块漂浮于密度大于水的液体中，则冰熔化后液面上升；若冰块漂浮于(或浸没于)密度小于水的液体中，则冰熔化后液面下降。
要判断液面的升降，必须比较冰排开液体的体积与冰熔化成水的体积之间的关系。冰未熔化时，若它漂浮在液面上，则所受的浮力与重力相等，即
。冰块所受的
，冰块的重力
，由此可得
；冰熔化后，化成水的体积
。所以当冰块漂浮于水中时，
，液面不变；当
时，
，液面上升。若冰块浸没液体中，则冰块排开液体的体积等于冰块的体积，而冰熔化后的体积小于冰的体积，故液面下降。
例2如图所示，烧杯中的冰块漂浮在水中，冰块上部高出杯口，杯中水面恰好与杯口相平，待这些冰全部熔化后( ) 
A．将有水从杯中溢出
B．不会有水从杯中溢出，杯中水面也不会下降
C．烧杯中水面下降
D．熔化过程中水面下降，完全熔化后有水溢出
解析：冰熔化后烧杯中的水面将保持不变，故不会有水溢出。
答案：B
漂浮物体切去露出部分后的浮沉情况：
漂浮物体，如将露出液面的部分切去后，物体的重力减小，而浸在液体中的部分没有变，根据F浮= ρ液gV排知物体所受浮力不变。这时浮力大于重力，剩余部分上浮。
例1长为L的蜡烛底部粘有一铁块，使其竖直停留在水中，如图所示，这时露出水面的长度为L0，将其点燃，直到自然熄灭，设燃烧掉的长度为d，则( ) 
A．d<L0
B．d=L0
C．d>L0
D．无法判断
解析：假设将露出的部分一次切去，再分析剩余部分的沉浮情况就很容易得出结论。如将露出水面的部分切去，这时蜡烛的重力减小，而在水中的部分未变，即排开的水的重力——浮力未变，显然这时浮力大于重力，剩余部分将上浮。可见，蜡烛燃烧过程是逐渐上浮的，所以最终烧掉的长度大于L0，故正确选项为C。
答案：C
| 上升 | 下降 | |
| 氢气球 | 充入密度小于空气的氢气 | 放掉球内部分气体，使球体积减小 |
| 热气球 | 充入加热后的热空气 | 停止加热，热空气冷却，热气球内空气密度增大 |
考点名称：固体密度的测量
可知，要测量某种物质的密度，需要测量由这种物质构成的物体的质量的体积。求得密度。求得密度。Ⅰ方法一：天平量筒法
例：有一块形状不规则的石块，欲测量它的密度，所需哪些器材并写出实验步骤，并表示出测量的结果。
分析：用天平和量筒测定密度大于水的物质的密度，可用排水法测体积。
实验原理：
实验器材：天平（砝码）、量筒、烧杯、滴管、线、水、石块
实验步骤：
（1）用调节好的天平，测出石块的质量m；
（2）在量筒中倒入适量的水，测出水的体积V1；
（3）将石块用细线拴好，放在盛有水的量筒中，（排水法）测出总体积V2；
实验结论：ρ=
=
。
Ⅱ方法二：助沉法
例：有一块形状不规则的蜡块，欲测量它的密度，所需哪些器材并写出实验步骤，并表示出测量的结果。
分析：用天平和量筒测定密度小于水的物质的密度，可用助沉法测体积。
实验原理：
实验器材：天平（砝码）、量筒、烧杯、滴管、线、水、蜡块、铁块。
实验步骤：
（1）用调节好的天平，测出蜡块的质量m；
（2）在量筒中倒入适量的水，如图甲将蜡块和铁块用细线拴好，先将测铁块没入水中，测出水和石块的体积V1
（3）再将蜡块浸没在水中，如图乙。（助沉法）测出水、石块、蜡块的体积总体积V2；
实验结论：
注意：物质的密度比水小，放在量筒的水中漂浮，不能直接用量筒测出体积。例题中采用的方法是助沉法中的沉锤法，还可以用针压法，即用一根很细的针，将物体压入量筒的水中，忽略细针在水中占据的体积，则可用排水法直接测出物体的体积了。
Ⅲ方法三：等浮力法
例：小明家买的某品牌的牛奶喝着感觉比较稀，因此他想试着用学过的知识测量一个这种牛奶的密度。他先上网查询了牛奶的密度应该为1.03g/cm3，然后他找来一根粗细均匀的细木棒，在木棒的表面均匀地涂上一层蜡，并在木棒的一端绕上一段金属丝（体积不计），做成了一枝“密度计”，小明又找来一个足够深的盛水容器和一把刻度尺，请你帮助小明利用这些器材设计一个测量牛奶密度的方案。要求写出主要的测量步骤并推导出计算牛奶密度的公式（有足量的水和牛奶）。
实验原理：漂浮条件、阿基米德原理。
实验器材：刻度尺、粗细均匀的细木棒、一段金属丝、烧杯、水、牛奶。
实验步骤：
（1）将一段金属丝绕在木棒的一端，制成“密度计”，用刻度尺测出其长度L；
（2）将“密度计”放入盛有水的烧杯中，使其漂浮在水中，用刻度尺测出“密度计”露出水面的高度h水；
（3）将“密度计”放入盛有牛奶的烧杯中，使其漂浮在牛奶中，用刻度尺测出“密度计”露出牛奶液面的高度h牛。
实验结论：因为“密度计”在水中和在牛奶中，均处于漂浮状态。因此“密度计”在水中和在牛奶中受到的浮力都等于“密度计”的重力。“密度计”的重力不变，所以两次浮力相等。即F牛＝F水，根据阿基米德原理可得：
ρ牛gV牛排＝ρ水gV水排
ρ牛gSh牛排＝ρ水gSh水排
∵h牛排＝L－h牛h水排＝L－h水
∴ρ牛（L－h牛）＝ρ水（L－h水）
牛奶的密度：
注意：从给定的器材看，即无量筒，也无天平，此时解题的着眼点就不能局限于利用质量、体积测密度。应该展开丰富的联想，而给出“密度计”，是和浮力有关的，就要联想到利用浮力测液体的密度。这种利用两次浮力相等来测密度，我们简称为“等浮力法”。
Ⅳ弹簧测力计法（也可称双提法）
例：张小清同学捡到一块不知名的金属块，将它放到水中可以沉没，现在，小清同学想测出它的密度，但身边只有一支弹簧秤、一个烧杯及足量的水，请你帮她想一想，替她设计一个测量金属块密度的实验过程，写出实验步骤
分析与解：
这是一道典型的利用浮力知识测密度的试题。阿基米德原理的重要应用就是已知浮力求体积。它的基本思路就是用弹簧测力计测出浮力，利用水的密度已知，求得物体的体积，即可计算出物体的密度值。
实验原理：阿基米德原理
实验器材：一支弹簧秤、一个烧杯及足量的水、金属块、线。
实验步骤：
（1）用细线系住金属块，在烧杯中倒入适量的水；
（2）用弹簧测力计测出金属块受到的重力G；
（3）用弹簧测力计测出金属块浸没在水中受到的拉力F。
实验结论：
注意：利用弹簧测力计提着金属块测一次重力；再提着金属块测一次金属块在水中时弹簧测力计的拉力。因此简称为双提法。这一实验使用的仪器少，操作简单，是常用的测量物体密度的方法。
考点名称：液体密度的测量
可知，要测量某种物质的密度，需要测量由这种物质构成的物体的质量的体积。求得密度。液体密度测量方法：
一、常规法：
器材：烧杯、量筒、天平、待测液体
步骤：
1.用天平称出烧杯的质量M1；
2.将待测液体倒入烧杯中，测出总质量M2；
3.将烧杯中的液体倒入量筒中，测出体积V；
4.计算表达：ρ=（M2-M1）/V
二、等容法
器材：烧杯、水、待液体、天平。
步骤：
1.用天平称出烧的质量M1；
2.往烧杯内倒满水，称出总质量M2；
3.倒去烧杯中的水，往烧杯中倒满待测液体，称出总质量M3；
4.计算表达：ρ=ρ水（M3-M1）/（M2-M1）
三、浮力法
器材：弹簧秤、水、待测液体、小石块、细绳子
步骤：
1.用细绳系住小石块，用弹簧秤称出小石块的重力G；
2.将小块浸没入水中，用弹簧秤称出小石的视重G1；
3.将小块浸没入待测液体中，用弹簧秤称出小石块的视重G2；
4.计算表达：ρ=ρ水（G-G2）/（G-G1）
四、压强法
用刻度尺、两端开口的直玻璃管（一端有橡皮膜）、烧杯、适量的水、足量的牛奶、细线。计一种测量奶密度的方法。
实验步骤：
1.在玻璃管内倒入一定深度的牛奶；
2.将管竖直放入水中，带橡皮膜水平时，用刻度尺量出管底到牛奶面和水面的深度，分别为h1、h2；
3.根据p1=p2得表达式：ρ牛奶=h2ρ水/h1
五、U形管法：
器材：U形管、水、待测液体、刻度尺步骤：
1.将适量水倒入U形管中；
2.将待测液体从U形管的一个管口沿壁缓慢注入；
3.用刻度尺测出管中水的高度h1，待测液体的高度h2；
4.计算表达：ρ=ρ水h1/h2 
（用此种方法的条件是:待测液体不溶于水,待测液体的密度小于水的密度）
六、密度计法：
器材：密度计、待测液体
方法：将密度计放入待测液体中，直接读出密度。